■リーマン予想の3つの同値な言い換え

[1]コッホの同値条件(1901年)

 リーマン予想=「nとn+k√nの間に素数はある」ですが,

  π(x)=Li(x)+O(x^1/2logx)

  |π(x)−Li(x)|≦C・x^1/2logx

  Li(x)=∫(2,x)dt/logt

 もう少し精緻化すると,2657以上のすべてのxについて,

  |π(x)−Li(x)|≦C・x^1/2logx

  C=1/8π

が成り立つことと論理的に同等です.

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[2]ラガリアスの同値条件(2002年)

 nの約数の和をσ(n)で表すと,リーマン予想は

  σ(n)≦Hn+logHnexpHn

がn≧1に対して成立すると等価です.

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[3]ロバンの同値条件(1984年)

 オイラーの定数γを用いると,リーマン予想は

  σ(n)<expγnloglogn

がn>5040に対して成立すると等価です.

 [2][3]は初等的な条件になっていて,さらに

  Am=B(m+1)Hm/(m+1)-ζ’(-m)

にも調和級数のn次部分和

  Hn =1/1+1/2+1/3+1/4+・・・+1/n

が関わっているのを見ると,リーマン予想との関係が想起されます.

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 素数定理より,素数pとその次の素数との間隔は,平均してlogpですが,リーマン予想が真であれば,素数pとその次の素数との間隔は,ある定数Cを用いて

  C√p・logp

以下であることが,1936年,クラメールにより証明されています.

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